Пьезоэлектрический акселерометр

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить коэффициент преобразования и точность воспроизведения измеряемого процесса. Инерционное тепло 3 од - ним концом упруго связано с корпусом 1 акселерометра, на другом его конце вьтолнены продольные сквозные прорези 6 и центральное отверстие, ось которого совпадает с осью конуса 5, закрепленного на основании 4. На внешней поверхности инерционного тела между прорезями, на упругих изгибаемых элементах размешены пьезоэлементы 8, При возникновении инерционной силы, направленной сверху вниз вдоль оси акселерометра, инерционное тело 3 смещается по направлению этой силы за счет деформации изгибаемых элементов, раздвигаемых конусом. Эту же деформацию испытывают и пьезоэлементы. Уго.п при вершине конуса может быть 40- 60 , з.п.ф-лы, 2 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) (5!) G 01 Р 15/09

gfpfgRpoi. х и

13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

H ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР (57)Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить коэффициент преобразования и (21) 3733757/24-10 (22) 28 ° 02.84 (46) 07.03.86.Бюл, № 9 (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени инженерно-строительный институт им. В.П.Чкалова (72) Б.С.Поликарпов и Л.А.Шибаева (53) 531.768(088.8) (56). 1. Гик Л.Д. Измерение вибраций. Сибирское отделение ° Новосибирск;Наука, 1972, с,189-!95.

2 ° Авторское свидетельство СССР № 1023241, кл. G 01 P 15/08, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 706784, кл. С 01 P ..15/09, 1978. точность воспроизведения измеряемо— го процесса. Инерционное тепло 3 од— ним концом упруго связано с корпусом 1 акселерометра, на другом его конце выполнены продольные сквозные прорези 6 и центральное отверстие, ось которого совпадает с осью конуса 5, закрепленного на основании 4.

На внешней поверхности инерционного тела между прорезями, на упругих изгибаемых элементах размешаны пьезоэлементы 8 ° При возникновении инерционной силы, направленной сверху вниз вдоль оси акселерометра, инерционное тело 3 смешается по направлению этой силы за счет деформации изгибаемых элементов, раздвигаемых конусом. Эту же деформацию испытывают и пьезоэлементы. Угол при вершине конуса может быть 40а

60 . з.п.ф-лы, 2 ил.

12 1 6736 сущности к предлагаемому является пьезоэлектрический акселерометр, со- 10 держащий корпус, соединенный с основанием, инерционное тело упругосоединенное одним концом с корпусом и пьезоэлементом 13) .

Пьезоэлементы выполнены в виде пластин и совмещают в себе упругий элемент и преобразователь механической энергии в электрическую. Упругое соединение инерционного тела с корпусом выполнено в виде продольнодеформируемой упругой металлической связи, деформациями которой определяются деформации продольно †чувствительного пьезоэлектрического элемента. Известный акселерометр имеет достаточно высокие прочностные и динамические характеристики, однако он имеет следующие недостатки: низкий отИзобретение относится к измери.ельной технике и может быть испольэовано в акселерометрах, предназначенных для исследования ускорений, вызванных однократными или повторяющимися ударными воздействиями.

Известен пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание, металлический упругий элемент в виде консольной пластины или мембраны, инерционное тело и укрепленные на упругом элементе изгибно-чувствительные пьезоэлементы Ц .

Акселерометры с изгибаемым упругим элементом имеют большой коэффициент преобразования, но невысокую ударную прочность, позволяющую измерять незначительные ускорения и требующие особо бережного обращения с ними в работе. Кроме того, этот акселерометр имеет малый коэффициент затухания, что способствует проявлению переходных процессов и увеличивает влияние побочных неизмеряемых колебаний, Известен также пьезоэлектрический акселерометр, содержащий основание

Цилиндрической формы с укрепленным в нем кольцевым пьезоэлементом, чувствительным к сдвиговым деформациям, Внутри пьезоэлемента размещено инерционное тело (2j .

Недостатками данного акселерометра являются невысокая уцарная прочность, ограничивающая диапазон изме— ряемых ускорений, и чувствительность к случайным перегрузкам.

Наиболее близким по технической l0

?О

30 посв гельный уровень r.нимаемо го сигнала,, -.. е. низкий коэффициент преобразования, требуется применение элек тронной усилительной аппаратуры, недостаточно точное воспроизведение измеряемого процесса, вызванное влиянием собственных высокочастотных и неизмс ряемых колебаний и чначительной поперечной чувствительностью устройства, технологическая сложность изготовления из-за высокой точности сопряжения упругого и пьезоэлектрического элементов.

Целью изобретения является поны— шение коэффициента преобразования и точности воспроизведения измеряемого процесса за счет снижения влияния собственных высокочастотных и неиэмеряемых колебаний и снижения поперечной чувствительности.

На фиг.I схематично изображен предлагаемый пьезоэлектрический акселерометр; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1, Пьезоэлектрический акселерометр содержит корпус 1 и соединенное с ним с помощью пружины 2 инерционное тело 3, основание 4 и укрепленный на нем (пайкой или запрессовыванием) конус 5 из твердого сплава с углом

6 при его вершине, равным 40-60

Инерционное тело 3 с помощью пружины 2 поджато к конусу 5 и снабжено продольными сквозными прорезями 6 на свободном конце, выполненными на части его длины, и центральным отверстием, ось которого совпадает с осью конического элемента 5. Прорези 6 образуют на свободном конце инерционного тела 3 упругие иэгибаемые элементы 7. На обработанных боковых поверхностях инерционного те— ла 3 между прорезями 6, т.е. на упругих изгибаемых элементах 7, прикреплены (наклеены) изгибно-чувствительные пьезоэлементы 8, выполненные в виде пьезокерамических пластин и соединенные параллельно.

Пьезоэлектрический акселерометр работает следующим образом.

При возникновении инерционной силы, направленной сверху вниз вдоль оси пьезоакселерометра, инерционное тело 3 смещается по направлению этой силы за счет изгибной деформации упругих изгибаемых эле— ментов 7, раздвигаемых конусом 5, Вместе с упругими иэгибаемыми эле12 I 67:36 с= и1. ез где я, иэ

®иэ

Ьиэмакс иэ

hï> иэ элемента;

Заказ 1010/56

Подписное

ВНИИПИ

Тираж 778 фиб. 2 ментами 7 изгибную деформацию получают и пьезоэлементы 8.

Все необходимые параметры акселерометра выбирают из выражений (d(„, yl„,.n tg ж (2) макс ) пэ E э

-h и.з, макс и.з п.э собственная частота колебаний пьеэоакселерометра; количество изгибаемых элементов инерционного тела; модуль упругости материала изгибаемого элемента инерционного тела; момент инерции сечения изгибаемого элемента инерционного тела; масса инерционного тела; . длина изгибаемого элемента инерционного тела (прорезии); момент сопротивления сечения изгибаемого элемента инерционного тела; половина угла нри вершине конического элемента; максимальное измеряемое ускорение; допускаемое напряжение при изгибе материала изгибаемого элемента; момент сопротивления сечения иэгибаемого элемента инерционного тела; максимальное напряжение, возникающее в изгибаемом элементе при действии максимально допустимого ускоремакс толщина пьезоэлемента; высота сечения, изгибаемого

E п — модуль упругости материала чз иэгибаемого элемента и пьезоэлемента соответственно.

Формула изобретения

I. Пьезоэлектрический акселерометр

/, содержащий корпус, соединенный с основанием, инерционное тело, упруго1п соециненное одним концом с корпусом и пьезоэлементом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения коэффициента преобразования и точности воспроизведения измеряемого процесса, он снабжен закрепленным на внутренней поверхности основания жестким конусом, инерционное тело со стороны свободного конца выполнено на части длины с продольными сквозными прорезями и центральным отверстием, ось которого совпадает с осью конуса,.а пьезоэлементы размещены на внешней поверхности инерционного тела между прорезями и соединены па25 раллельно, причем толщина пьезоэлемента выбрана по формуле

III» пэ из макс

dи пз где h — толщина пьезоэлемента;

Зб h„ — высота сечения изгибаемого элемента инерционного тела, образованного прорезями;

/G / — допускаемое напряжение при изгибе материала

35 пьезоэлемента; .р макс — максимальное напряжение, возникающее в изгибаемом элементе инерционного тела при действии максимально

40 допустимого ускорения;

Е„з — модуль упругости материала пьезоэлемента;

E„ — модуль упругости материала инерционн< го тела

2. Ккселерометр по п.1, о т л H ч а ю шийся тем, что угол при вершине конуса равен 40-60 .

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4